先进抽水压缩空气复合储能技术

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作为混合工作介质,利用水力机械设备和空气透平作为系统的复合做功设备,实现储能介质高效等温压缩/膨胀。相比于传统压缩空气储能技术,新型气液复合空气储能技术具有响应快、效率高、投资成本低等优点。团队通过10余年的攻关研究,完成了关键设备与储能系统的性能表征、时域特性研究、流体机械关键共性技术集中攻关、空气储能技术全寿命周期性能评估软件的研发及应用,研究成果可为气液复合压缩空气储能技术的规模化推广应用提供坚实的理论与数据支撑。

集成恒压压缩空气储能的燃气轮机CCHP系统特性研究

燃气轮机冷热电三联供(CCHP)技术发展前景广阔,但存在部分负荷运行效率不高、热-电输出耦合性强、热电比调节不灵活等问题。构建了集成恒压压缩空气储能(CAES)的新型燃气轮机CCHP系统,建立了压气机、燃烧室、透平、余热锅炉、换热器、喷射器、水泵/水轮机等部件的热力学模型,分析了采用抽气-释气流量调节策略的系统运行特性。结果表明:抽气、释气系数在0~0.2内时,新型系统热电比调节范围为0.58~2.27,一次能源利用率稳定在58.1%~59.5%,[火用]效率不低于32.2%,可实现宽工况高效运行。

非补燃液态压缩空气储能系统性能模拟研究

【目的】压缩空气储能是大容量、长周期、低成本、高效率的一种储能技术,由于气态压缩空气储能受制于储气室的苛刻要求,无法多场景、规模化推广应用,因此提出一种非补燃液态压缩空气储能系统。【方法】构建了系统理论计算模型,对系统内压缩机级间温度、压缩机级数、透平入口温度等关键参数进行了敏感性分析,同时与非补燃气态压缩空气储能系统进行了对比。【结果】压缩机级间温度过低或过高都会制约系统电-电转化效率的提升;压缩机级数与压缩机耗功呈现正相关趋势,与透平发电功率呈现负相关趋势;在入口压力相同的条件下,透平入口温度越高,发电功率越大,电-电转化效率越高;与非补燃气态储能系统相比,非补燃液态储能密度增加了3.7倍,储气室容积缩小了9/10。【结论】非补燃液态压缩空气储能系统有效解决了储气室的难题,使压缩空气储能技术能够在多场景、规模化推广应用,对火电机组深度调峰及电网大容量储能具有重要意义。

等温压缩空气储能技术研究综述

压缩空气储能是一种新型的大型物理储能技术,具有很好的发展前景。介绍了等温压缩空气储能的基本原理,以及关键设备与相关技术的原理及发展现状;对液体活塞、水泵和水轮机进行分析和总结;对等温压缩空气储能的基本原理进行了归纳和说明;分析了现有等温压缩空气储能技术研究进展情况,对系统中液体活塞技术以及水泵和水轮机技术进行分析和总结;对已有的压缩空气储能电站数据进行汇总分析。在此基础上,对等温压缩空气储能技术未来发展方向进行了展望,可为等温压缩空气储能系统中动力设备的选用以及示范项目的推进提供一定的数据参考。

恒压压缩空气储能技术研究

加速能源结构转型,促进可再生能源发电并网,是应对气候变化和可再生能源发展的重要举措。储能技术可以解决可再生能源发电并网的不稳定性,提高可再生能源的利用率。其中,压缩空气储能因其效率高,投资成本低,对环境友好被广泛研究。与传统恒容压缩空气储能技术相比,恒压压缩空气储能避免了恒容压缩空气储能系统中不可避免的缓冲空气,使压缩机和膨胀机能够在恒定排放压力下高效运行,消除了膨胀机组前的节流损失。介绍恒压压缩空气储能技术的优势,并将其分为水下压缩空气储能、抽水补偿式压缩空气储能、固体补偿式压缩空气储能和气体相变补偿式压缩空气储能4种;论述了4种恒压压缩空气储能技术的基本原理、研究进展及面临的挑战;最后,对恒压压缩空气储能技术的发展进行展望。

火电耦合压缩空气储能技术研究进展及展望

火电耦合压缩空气储能技术作为一种提升传统火电机组灵活性和经济性的有效手段,近年来受到了广泛关注。该文从分析火电耦合压缩空气储能技术在提升电网调峰能力、促进可再生能源整合等方面的重要意义出发。首先,介绍典型耦合系统的结构组成与工作原理;然后,探讨耦合系统中关键设备的技术现状和面临的挑战;之后,梳理火-储耦合系统的集成方案设计、调峰运行优化以及经济性评估的研究现状;最后,针对当前技术难点,展望未来火电耦合压缩空气储能技术的研究方向与重点。该文旨在为今后相关领域研究提供参考与借鉴,推动其持续发展和创新。

压缩空气储能系统地下人工硐室技术及其评价技术研究

压缩空气储能是大规模长时间的新型物理储能形式。储气库是压缩空气储能系统中至关重要的组成部分。对常用储气装置特点进行分析与总结,针对地下人工硐室进行比较详细的讨论;对压缩空气储能系统地下人工硐室相对于其他类型储气库的优势进行了归纳;对地下人工硐室承载结构、密封系统、传热管理系统等自身设计因素进行了分析;分析讨论了影响地下人工硐室运行过程中的选址、埋深以及压力设计准则等关键技术;对影响人工硐室稳定运行的相关因素提出了评价方法以及评价指标。在此基础上,对压缩空气储能地下人工硐室未来发展方向进行了展望,为地下人工硐室的结构合理性设计与稳定性运行提供参考。

压缩空气储能电站浅埋人工储气洞库设计基本理念和方法

抽水蓄能和新型储能是实现碳达峰碳中和,支撑以新能源为主体新型电力系统的重要技术和基础装备。压缩空气储能(compressed air energy storage, CAES)是一种利用压缩空气作为介质来储存能量和发电的技术,是目前除抽水蓄能以外规模最大的物理储能方式,而硬岩浅埋型人工储气洞库选址灵活,具有规模化、商业化的发展潜力。面对我国大中型压缩空气储能电站开发建设形势和要求,结合国内外相关研究和工程实践经验,本文提出了硬岩条件下浅埋人工储气洞库整体稳定、局部稳定、循环稳定和密封层稳定的工程设计基本理念,总结提炼了洞库选址及地质勘探要求、埋深设计、储气库布置、结构设计、密封系统设计等方法,为压缩空气储能电站浅埋人工储气洞库设计提供借鉴和参考。

压缩空气储能技术及工程发展概述

针对压缩空气储能技术的飞速发展和不断更新,该文详细介绍压缩空气储能技术的发展历程和各阶段的工程实例,给出各个路线的工艺系统,指明技术特点。蓄热式压缩空气储能技术具备大容量长时储能的属性,是我国大力发展的主流技术,目前正朝着300 MW容量等级方向发展,在建和拟建多个商业工程。随着关键组件制造能力的提升、设备和工质投资的减少,压缩空气储能必将朝着更大容量和更高参数的方向发展,并且会与更多系统耦合,具备更多的应用场景。

考虑多热源协同互补的含先进绝热压缩空气储能系统容量配置方法

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)具备天然的热电联供特性,能够有效缓解供热期出现的弃风问题。若能在规划阶段充分考虑运行需求,进而合理地配置储能容量,则能够在解决弃风问题的前提下,最大程度对燃煤机组进行清洁替代。为此,该文提出了多热源协同互补的AA-CAES系统容量配置模型。首先本模型在能量输入端引入电锅炉预热压缩机入口空气,以增大压缩机输气系数并提高机组产热量;其次在扩展热源端,通过太阳能反射镜场收集光热,以提高系统储热水平;并在计及储能系统各模块实际运行效率约束之余,以运行总成本最小为目标,计算储能容量配置最优解。再次,分析供热时长及环境温度等因素对投资成本回收年限的影响,并计算不同情况下本模型投资成本的回收年限,得出建设本模型可盈利的硬性条件;最后,基于东北某地区供热期及非供热期典型日负荷及气象数据在IEEE-39节点系统完成算例分析,验证所提模型有效性。

基于风光互补发电系统的压缩空气混合储能系统容量优化

压缩空气储能系统可以有效减少因风能和太阳能随机性造成的弃风弃光现象,但其动态响应时间长,且存储规模配置不合理会影响其发展。为此首先提出液流电池与压缩空气储能组成混合储能系统解决并网型风光互补发电系统输出波动不稳定的问题;其次基于典型小时负荷、风力机发电功率和光伏发电功率,针对不同场景,以系统最大收益为目标函数,利用猫群算法优化压缩空气储能系统的容量配置;最后分析压缩空气储能系统的额定容量与额定功率对系统最大收益的影响,验证算法可靠性。结果表明,基于风力机与光伏系统的装机功率分别为20 MW和3.42 MW的场景,压缩空气储能系统容量配置为4 MW和46.5 MW∙h时,其经济性最佳,每周可节约购电成本183688.24元,周最大收益为30543.86元。

压缩空气储能电站地下硐库首次充气的温度响应与局部高温控制方法

为从热力学角度探究压缩空气储能地下硐库型式,采用计算流体动力学(CFD)的计算方法,建立了考虑湍流、传热和真实空气特性的硐库首次充气加压过程数值模型;研究了硐库不同长径比和充气管道入口直径对硐内气体、内衬材料的温升及硐内温度分布的影响,并针对硐内局部高温现象提出了控制措施。结果表明:长径比较小时(即大罐式储气库),硐内温度分布较为均匀,随着长径比的增大(即隧道式储气库),硐内温度分布出现分层现象,并在硐库尾端出现极高温区(闷顶效应);钢板密封层在硐库充气加压过程中温升最大,混凝土衬砌温度变化较小,围岩几乎不受硐内温变影响;减小充气管道入口直径可以一定程度降低硐库内温度,促进向外传热;针对环形隧道式硐型,提出的改进充气方式可以使硐内温度分布均匀,避免闷顶效应,为工程设计提供有益参考。

大型压缩空气储能系统的土木工程建筑结构设计优化

大型压缩空气储能系统的土木工程建筑结构设计优化是确保系统安全、稳定、高效运行的关键环节。本文围绕该主题,从热力学储能作用分析、设计目标、子系统设备选型三方面着手,对大型压缩空气储能系统进行建模。通过对设计方法的梳理与分析,指出了其中存在的不足之处,如建筑结构储气量较少、储能量不达标、选址不够灵活。针对这些问题,提出了一系列优化设计措施,包括结构设计、材料选择、施工技术和环境适应性等。

压缩空气储能地下储气库热力学改进模型研究

【目的】明晰地下储气库的热力学过程是压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)电站安全设计与运行调度的重要基础。【方法】现有地下储气库热力学模型在计算热量交换时,存在高压储气阶段热损失偏大和低压储气库阶段补热过多的不足。本文在全面分析地下储气库热力学模型理论基础合理性的前提下,先分析储气库热量计算偏差的形成根源;再提出改进模型。【结果】研究结果表明:现有的热力学计算解析模型忽略了CAES地下储气库在运行过程中温度分布的不均匀性,这种温度分布的不均匀导致储气室洞壁与压缩空气之间的对流换热模型失真,导致温度计算结果偏差大。考虑混合对流换热的改进模型二可以较好地解决储气阶段温度计算结果与真实结果之间偏差过大的问题。算例分析证明了改进模型二的合理性。【结论】本文的改进模型二可为CAES地下储气库容积优化设计与效率分析提供计算依据。

压缩空气储能系统动态建模与变工况特性的研究进展

压缩空气储能技术是1种极具潜力的大规模储能技术,可以促进可再生能源的消纳,对我国如期实现碳达峰碳中和的“双碳”目标具有重要的意义。对压缩空气储能技术的发展背景和研究现状作了介绍,梳理了压缩空气储能系统的动态建模、系统仿真与变工况特性等方面的研究进展,总结了目前相关研究存在的缺陷,为压缩空气储能技术的发展给出了一些举措及建议。

大型钢企压缩空气系统智慧群控技术研究

介绍了某钢企压缩空气系统运行管控现状,指出采用空压机组出口压力设定调控运行以应对系统负荷变化、供需平衡的现有技术手段存在的问题。对大型钢企压缩空气系统的智慧群控技术进行研究,简述了主要思路、技术路线和预期效果,分析了节能效益,为钢企提升压缩空气系统管控技术水平、节能降耗水平等提供参考。

压缩空气储能盐穴储气库技术及其智能建造工艺技术研究

当前,盐穴型储气库建造技术已较为成熟,并朝着智能化方向发展。根据盐穴储气库技术现状,对盐穴储气库当前建造技术进行分析;从全生命周期管理角度,将盐穴储气库智能建造划分为智能选址、智能设计、智能施工、智能运维4个阶段,并对每个阶段涉及的关键技术进行研究;提出盐穴储气库智能建造工艺技术框架及其具体内容;最后,从系统、技术、理论、模型4个方面,提出并总结盐穴储气库智能建造未来研究重点。相关技术在应城300 MW级压缩空气储能示范工程上得到有效应用。

微小型压缩空气储能系统用涡旋压缩机流动特性研究

以空气为工质,基于计算流体动力学方法,对无油空气涡旋压缩机在变工况运行条件下进行了三维非稳态数值模拟。研究发现:动静涡旋齿之间存在的径向间隙,会使得压缩机工作腔内温度、流速和压力的分布不规律;增大转速,不但可以增加涡旋压缩机的质量流量,而且还可以减小切向泄漏量,进而提高压缩机的工作效率;排气压力过大,会降低涡旋压缩机的基本输出性能;在低转速下,过高的排气压力会使得压缩机排气口出现“净回流”现象。

风电-火电-压缩空气储能综合能源系统运行特性研究

为提升电网消纳风电的能力,改善火电机组运行灵活性,本文基于压缩空气储能系统容量大、多能流耦合的特点提出了一种包含两台600 MW燃煤机组的风电-火电-压缩空气储能综合能源系统。首先通过构建系统热力学变工况模型,分析了关键参数对压缩空气储能系统性能的影响,然后以降低弃风率为目标,探究了综合能源系统在典型特征日的能流匹配和运行特性。结果表明,电能分配比由57.3%增加至76.0%时,储能系统输出热电比由0.84下降至0.30,对储能系统输出影响最为显著;典型特征日的仿真场景下,综合能源系统负荷调节能力强,能流匹配良好,弃风率仅为2.28%。通过上述分析,验证了所提出的系统具备可观的风电消纳潜力和运行灵活性。

压缩空气储能发电频率特性分析

当前阶段,我国主要的电力来源是煤、石油和天然气这三种广泛使用的传统能源。未来,我国火电发电的量将在很长一段时间内保持下降的趋势,将会难以满足调峰以及调频的需求,因此,储能是解决电力供需平衡的有效手段。压缩空气储能是一种容量较大的储能技术,在压缩空气储能技术的背景下,研究了一种将液体作为驱动介质,利用高压压缩空气进行发电的方法。在系统中建立了压缩空气的热力学模型、液压马达的数学模型以及同步发电机的数学模型,并将这些模型在Simulink中进行仿真搭建,分析了储气罐压力和马达排量对于系统中马达转速的影响,并对这些参数进行设计选取,针对马达转速波动过大无法并网发电的问题,采取传统PID的方法来减小马达的转速波动,稳定系统的输出,保证发电机的平稳运行。